天文圣地之旅：帕洛瑪山天文臺(tái)

作者│杜戀

審核│丁乙

編輯│趙經(jīng)遠(yuǎn)

位于美國(guó)加利福尼亞州圣迭戈北部的帕洛瑪山，葉繁枝密，景色宜人。在海拔1706米的帕洛瑪山頂，有一座舉世矚目的天文臺(tái)——帕洛瑪山天文臺(tái)。這座天文臺(tái)是在美國(guó)天文學(xué)家喬治·埃勒里·海爾的領(lǐng)導(dǎo)下，由洛克菲勒基金會(huì)捐款，在1928年建成，迄今已有近百年歷史。豐富的歷史底蘊(yùn)和大量突破性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，使其成為無數(shù)天文學(xué)家和天文愛好者心目中的圣地。

帕洛瑪山天文臺(tái)鳥瞰圖（圖片來源:Palomar Observatory官網(wǎng)）

帕洛瑪山天文臺(tái)由加州理工學(xué)院運(yùn)營(yíng)，目前在工作中的有海爾望遠(yuǎn)鏡（Hale Telescope）、塞繆爾·奧欣望遠(yuǎn)鏡（Samuel Oschin Telescope）和60英寸（1.5米）反射望遠(yuǎn)鏡等多臺(tái)設(shè)施。除此以外，該天文臺(tái)還曾運(yùn)行有帕洛瑪試驗(yàn)臺(tái)干涉儀（Palomar Testbed Interferometer, PTI）、18英寸（0.46米）施密特望遠(yuǎn)鏡與0.1米帕洛瑪行星搜尋望遠(yuǎn)鏡（PPST）等已退役的設(shè)施。

海爾望遠(yuǎn)鏡于1949年初投入使用，美國(guó)天文學(xué)家埃德溫·哈勃是這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡的第一位使用者。這是一架運(yùn)用了許多新技術(shù)的反射式望遠(yuǎn)鏡，以其設(shè)計(jì)者喬治·埃勒里·海爾的名字命名，它的口徑達(dá)到了5.1米，就像一只巨大的眼睛吸收著來自宇宙的光。在剛建成的時(shí)候，它是世界上口徑最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，直到1975年前蘇聯(lián)制造出6米口徑的經(jīng)緯臺(tái)式大型望遠(yuǎn)鏡（BTA-6）才被取代。不過，由于制造問題及氣候等因素的影響，前蘇聯(lián)的BTA-6始終沒有發(fā)揮出應(yīng)有的能力，因此海爾望遠(yuǎn)鏡在很長(zhǎng)時(shí)間里都是現(xiàn)代天文學(xué)的主力觀測(cè)儀器，參與了太陽系天體研究、尋找系外行星、恒星形成及演化分析以及遙遠(yuǎn)星系表征等工作中，為天文學(xué)研究做出了重要貢獻(xiàn)。海爾望遠(yuǎn)鏡配備了許多現(xiàn)代觀測(cè)儀器，其成像儀器包含兩個(gè)廣角相機(jī)：帕洛瑪晶圓級(jí)成像儀（WaSP）、寬視場(chǎng)紅外相機(jī)（WIRC），它們均安裝在望遠(yuǎn)鏡主焦點(diǎn)上，視場(chǎng)分別為24角分和8.9角分；在主焦點(diǎn)處還配備了快速成像相機(jī)，用于觀測(cè)快速變化的天體；卡塞格林焦點(diǎn)主要進(jìn)行光譜觀測(cè)，配備了三臺(tái)光譜儀；此外，海爾望遠(yuǎn)鏡還搭配了自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，這使其分辨率接近衍射極限，若結(jié)合幸運(yùn)成像技術(shù)，分辨率甚至可以達(dá)到0.04角秒，是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的三倍。

海爾望遠(yuǎn)鏡（圖片來源:Palomar Observatory官網(wǎng)）

1.22米口徑的塞繆爾·奧欣望遠(yuǎn)鏡于1948年建成，這是一臺(tái)寬視場(chǎng)巡天望遠(yuǎn)鏡，此前曾運(yùn)行了帕洛瑪天文臺(tái)巡天（POSS）、近地小行星追蹤（NEAT）、類星體赤道巡天（QUEST）、帕洛瑪暫現(xiàn)源工廠（PTF）等大名鼎鼎的巡天項(xiàng)目。自2017年至今，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡開始運(yùn)行茨威基暫現(xiàn)源設(shè)施（Zwicky Transient Facility, ZTF），該項(xiàng)目配備了16個(gè)6K×6K CCD探測(cè)器，視場(chǎng)達(dá)到了驚人的47平方度，是海爾望遠(yuǎn)鏡的數(shù)百倍。目前，塞繆爾·奧欣望遠(yuǎn)鏡是通過遠(yuǎn)程控制的，每晚可以自動(dòng)化地掃描天空，尋找新星、超新星等暫現(xiàn)天體及小行星、彗星等太陽系天體，獲得了非常豐富的觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了大量新天體。

星空下的塞繆爾·奧欣望遠(yuǎn)鏡（圖片來源:Palomar Observatory官網(wǎng)）

60英寸（1.5米）反射望遠(yuǎn)鏡是為了分擔(dān)海爾望遠(yuǎn)鏡的部分工作而建造的，于1970年投入使用。這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡采用里奇-克萊琴（RC）結(jié)構(gòu)，其主鏡和副鏡均為雙曲反射面。自2004年來，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡也采用自動(dòng)化觀測(cè)的模式運(yùn)行。它目前配備了光學(xué)成像相機(jī)和積分場(chǎng)光譜儀，可以迅速對(duì)ZTF等巡天項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)的天體進(jìn)行后隨觀測(cè)并分類。此外，它也是測(cè)試新儀器技術(shù)的平臺(tái)。

60英寸望遠(yuǎn)鏡（圖片來源:Palomar Observatory官網(wǎng)）

口徑40 英寸（1.0米）的寬視場(chǎng)紅外暫現(xiàn)源探測(cè)器（WINTER）于2023年投入運(yùn)行，它配備了6個(gè)2K×1K的紅外傳感器，觀測(cè)波長(zhǎng)范圍在900～1700納米，其視場(chǎng)約為1平方度，主要目標(biāo)是搜尋ZTF無法發(fā)現(xiàn)的紅外暫現(xiàn)源。

寬視場(chǎng)紅外探測(cè)器（中下）和海爾望遠(yuǎn)鏡（右上）（圖片來源:WINTER官網(wǎng)）

帕洛瑪山天文臺(tái)建成至今取得了很多重大天文學(xué)發(fā)現(xiàn)。它不僅發(fā)現(xiàn)過大量的超新星、小行星、彗星，還幫助天文學(xué)家們驗(yàn)證了許多天文學(xué)理論。比如：1993年，美國(guó)天文學(xué)家蘇梅克夫婦和天文愛好者大衛(wèi)·列維在這里發(fā)現(xiàn)了蘇梅克-列維9號(hào)彗星，這顆彗星在1994年與木星相撞，這是人類第一次觀測(cè)到天體撞擊的現(xiàn)象；1963年，荷蘭天文學(xué)家馬丁·施密特和他的同事使用海爾望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)類星體3C273；2001至2008年間，美國(guó)天文學(xué)家邁克·布朗及其團(tuán)隊(duì)使用塞繆爾·奧欣望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了許多體積較大的海外天體，導(dǎo)致國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)重新思考行星的定義，并最終在2006年將冥王星重新分類為矮行星；1994年，印度裔美籍天文學(xué)家什里帕德·庫(kù)爾卡尼等人使用帕洛瑪山天文臺(tái)60英寸望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了第一顆褐矮星Gliese 229B。除此之外，帕洛瑪山天文臺(tái)還取得了許多其他重要發(fā)現(xiàn)，由于篇幅所限，這里不再贅述，感興趣的小伙伴可自行查找。

期待這座帕洛瑪山上的明珠能繼續(xù)在山巔之上熠熠生輝，為天文學(xué)帶來更多的發(fā)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

1、舒錫莉主編，圖說天文學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，2020.7

2、鈕衛(wèi)星著，天文學(xué)的歷史，江蘇人民出版社，2013.10

3、About Palomar Observatory,PALOMAR OBSERVATORY,https://sites.astro.caltech.edu/palomar/about/

4、The 200-inch(5.1-meter)Hale Telescope,PALOMAR OBSERVATORY, https://sites.astro.caltech.edu/palomar/about/telescopes/hale.html

5、The 48-inch (1.2-meter) Samuel Oschin Telescope,PALOMAR OBSERVATORY,https://sites.astro.caltech.edu/palomar/about/telescopes/oschin.html

6、The 60-inch (1.5-meter) Telescope,PALOMAR OBSERVATORY,https://sites.astro.caltech.edu/palomar/about/telescopes/60-inch.html

7、向娥,盧曉猛,毛永娜,姜曉軍.幸運(yùn)成像技術(shù)在天文觀測(cè)中的應(yīng)用[J].天文學(xué)進(jìn)展,2015(3):363-375.

8、Palomar Observatory，wikipedia，https://en.m.wikipedia.org/wiki/Palomar_Observatory

9、Samuel Oschin telescope，wikipedia，https://en.m.wikipedia.org/wiki/Samuel_Oschin_telescope

10、WINTER官網(wǎng)，http://winter.caltech.edu/login

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